(57)【要約】【課題】デジタル撮像装置のシャッターの較正を高精度で行う。【解決手段】単一の露光サイクル中にデジタル撮像装置の撮像センサの１つのフィールドから得られた２つの別個の露光の特性を比較することによって、デジタル撮像装置のシャッターを較正することができる。このようにしてシャッターを較正することにより、露光時間が非常に短い場合にもその精度を向上させることができる。【選択図】図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル撮像装置（１００）のシャッター（１４０）を較正する方法であって、
全露光期間（３０５）にわたって、前記デジタル撮像装置（１００）のイメージングセンサ（１５０）のフィールド（２０５）から第１の露光及び第２の露光を取り込むステップであって、前記シャッター（１４０）は前記全露光期間（３０５）の間、開いたままであり、前記第１の露光（３１０）は、前記全露光期間（３０５）が経過する前に電子制御により終了し、該第１の露光（３１０）は既知の持続時間（３１０）を有し、前記第２の露光は、前記シャッター（１４０）が閉じると終了することからなる、ステップと、
前記第１の露光と前記第２の露光のそれぞれの特性を比較して前記全露光期間（３０５）の精度を測定するステップ
を含む、方法。
【請求項２】
前記第１の露光と前記第２の露光のそれぞれの特性を比較して前記全露光期間（３０５）の精度を測定する前記ステップは、前記第１の露光と前記第２の露光のうちの一方からの累積画素値に対する他方の累積画素値の比を計算するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記比を使用して前記第２の露光の持続時間（３１５）を計算するステップと、
前記第１の露光の前記既知の持続時間（３１０）と前記第２の露光の前記持続時間（３１５）を合計して前記全露光期間（３０５）を測定するステップ
をさらに含む、請求項２の方法。
【請求項４】
前記測定された全露光期間（３０５）を所望の全露光期間と比較することによってシャッター誤差を求めるステップと、
シャッター較正設定を自動調整して前記シャッター誤差を補償するステップ
をさらに含む、請求項３の方法。
【請求項５】
デジタル撮像装置（１００）のシャッター（１４０）を較正する方法であって、
前記デジタル撮像装置（１００）のイメージングセンサ（１５０）のフィールド（２０５）の第１の露光を、前記シャッター（１４０）を開き、且つ、前記イメージングセンサ（１５０）を電子的にリセットすることによって開始するステップと、
全露光期間（３０５）の間、前記シャッター（１４０）を開けておくステップと、
前記第１の露光を、所定の露光期間（３１０）が経過した後で、且つ前記全露光期間（３０５）が経過する前に電子制御により終了するステップと、
前記フィールドの第２の露光を、前記第１の露光の終了直後に開始するステップであって、前記第２の露光は、前記シャッター（１４０）が閉じると終了することからなる、ステップと、
前記第１の露光と前記第２の露光のそれぞれの特性を比較して前記全露光期間（３０５）の精度を測定するステップ
を含む、方法。
【請求項６】
デジタル撮像装置（１００）において、
シャッター（１４０）と、
少なくとも１つのフィールド（２０５）を含むイメージングセンサ（１５０）と、
シャッター較正ロジック（１７５）
を備え、
前記シャッター較正ロジックは、
全露光期間（３０５）にわたって、前記イメージングセンサ（１５０）のフィールド（２０５）から第１の露光及び第２の露光を取り込むステップであって、前記シャッター（１４０）は前記全露光期間（３０５）の間、開いたままであり、前記第１の露光は、前記全露光期間（３０５）が経過する前に電子制御により終了し、該第１の露光は既知の持続時間（３１０）を有し、前記第２の露光は、前記シャッターが閉じると終了することからなる、ステップと、
前記第１の露光と前記第２の露光のそれぞれの特性を比較して前記全露光期間（３０５）の精度を測定するステップ
を含む方法を実施するように構成されることからなる、デジタル撮像装置。
【請求項７】
前記第１の露光と前記第２の露光のそれぞれの特性を比較して前記全露光期間（３０５）の精度を測定する前記ステップは、前記第１の露光と前記第２の露光のうちの一方からの累積画素値に対する他方の累積画素値の比を計算するステップを含む、請求項６のデジタル撮像装置。
【請求項８】
前記方法は、
前記比を使用して前記第２の露光の持続時間（３１５）を計算するステップと、
前記第１の露光の前記既知の持続時間（３１０）と前記第２の露光の前記持続時間（３１５）を合計して前記全露光期間（３０５）を測定するステップ
をさらに含むことからなる、請求項７のデジタル撮像装置。
【請求項９】
前記方法は、
前記測定された全露光期間（３０５）を所望の全露光期間と比較することによってシャッター誤差を求めるステップと、
前記デジタル撮像装置（１００）のシャッター較正設定を自動調整して前記シャッター誤差を補償するステップ
をさらに含む、請求項８のデジタル撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的にはデジタル写真撮影に関し、特に、デジタル撮像装置のシャッターを較正する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等のデジタル撮像装置に用いられるイメージングセンサは、電荷の蓄積により、特定のセンサ素子に当たった光量を表す。通常動作では、画像露光は、シャッターが開かれてイメージングセンサが電子的にリセットされると開始し、シャッターが閉じると終了する。シャッターは機械装置であるため、露光時間は主に、シャッターを閉じる時間の精度によって決まる。
【０００３】
残念ながら、実際にシャッターが閉じる時間は通常、温度、機械的磨耗、カメラの向き、及び他の因子等のいくつかの非制御変数の関数である。これらの因子は、環境と共に、またカメラの寿命にわたって非線形的に変化する。したがって、工場での較正でもこの問題を完全に補償することはできない。これらの問題は、非常に短い露光時間（例えば１／２０００秒以下）の場合に顕著となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、当該技術分野において、デジタル撮像装置のシャッター較正方法及び装置の改良が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１態様は、デジタル撮像装置のシャッターを較正するための方法であり、この方法は、全露光期間にわたって、前記デジタル撮像装置のイメージングセンサの１つのフィールドから第１の露光及び第２の露光を取り込むステップであって、前記シャッターは前記全露光期間の間、開いたままであり、前記第１の露光は、前記全露光期間が経過する前に電子制御により終了し、該第１の露光は既知の持続時間を有し、前記第２の露光は、前記シャッターが閉じると終了することからなる、ステップと、前記第１の露光と前記第２の露光のそれぞれの特性を比較して前記全露光期間の精度を測定するステップ、を含む。
【実施例】
【０００６】
イメージングセンサの１つのフィールドを１露光サイクル（すなわちシャッターの１回の開閉）中に複数回露光できる場合、シャッターを較正するための情報を導出することができる。例えば、１露光サイクル中に１つのフィールドを２回露光する場合を考察する。第１の露光（以下、１回目の露光とする）は、極めて正確となるように電子的にタイミング調整することができる。したがって、１回目の露光は既知の持続時間を有する。１回目の露光の直後に続く第２の露光（以下、２回目の露光とする）の正確な持続時間は、機械シャッターが閉じる時間の不正確さの影響を受けるために、事前には分からない。しかし、１回目の露光の既知の持続時間が与えられれば、２つの露光の特性を比較して、２回目の露光の実際の持続時間を計算することが可能である。この２回目の露光の実際の持続時間が分かれば、個々の露光の２つの既知の持続時間を合計して、露光サイクルの実際の持続時間を得ることができる。実際の露光時間と所望の露光時間との差はシャッター誤差を成す。その後、シャッターを調整してシャッター誤差を補償することができる。
【０００７】
図１Ａは、本発明の例示的な１実施形態によるデジタル撮像装置１００の機能ブロック図である。デジタル撮像装置１００は、あるシーンの光学画像をデジタル画像に変換することが可能な任意の装置であってよい。例としては、限定するものではないが、デジタルカメラ、デジタルカムコーダ、デジタルカメラ機能を備えた個人情報端末（ＰＤＡ）、及びデジタルカメラ機能を備えた無線電話（例えばセル電話又はＰＣＳ電話）が挙げられる。図１Ａでは、コントローラ１０５が、データ／制御バス１１０を介してイメージングモジュール（撮像モジュール）１１５、メモリ１２０、シャッター較正制御部１２５、ディスプレイ１３０、入力制御部１３５、及びシャッター１４０と通信することができる。コントローラ１０５は例えば、マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを含むことができる。シャッター較正制御部１２５は、所与のシャッター速度についてシャッター１４０の閉じる時間の微調整を行い、シャッター誤差を補償する制御回路を含むことができる。シャッター較正制御部１２５は、調整可能なシャッター較正設定（例えば、シャッターラグ較正値）を有することができる。ディスプレイ１３０は例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であってもよい。入力制御部１３５は例えば、シャッターボタン、（物理的又は仮想的）ユーザインタフェース制御部、及びデジタル撮像装置１００の動作を制御するために必要な任意の他の入力制御部を含むことができる。光学系１４５が、イメージングモジュール１１５によりデジタル画像に変換される光学画像を生成する。
【０００８】
図１Ｂは、本発明の例示的な１実施形態による、イメージングモジュール１１５の機能ブロック図である。イメージングモジュール１１５は、イメージングセンサ（撮像センサ）１５０、タイミング発生器／アナログフロントエンド（ＴＧ／ＡＦＥ）１５５、及びデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１６０を備えることができる。いくつかの実施形態では、図１Ａに示すように、イメージングモジュール１１５は、ＤＳＰ１６０を介して、コントローラ１０５と直接通信することができる。図１Ｂに示すように、データ信号及び制御信号の両方がイメージングセンサ１５０とＴＧ／ＡＦＥ１５５に接続する。
【０００９】
図１Ｃは、本発明の例示的な１実施形態によるメモリ１２０の機能図である。メモリ１２０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１６５、不揮発性メモリ１７０、及びシャッター較正ロジック１７５を備えることができる。いくつかの実施形態では、不揮発性メモリ１７０は、取り外し可能な種類のもの（例えば、セキュアデジタルメモリカード又はマルチメディアメモリカード）であってもよい。シャッター較正ロジック１７５の機能については、この詳細な説明においてさらに詳細に後述する。いくつかの実施形態では、シャッター較正ロジック１７５は単に、デジタル撮像装置１００の露光制御システムの一側面（たとえば、一機能）とすることができる。一般的には、シャッター較正ロジック１７５の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、又はそれらの任意の組み合わせで実施することができる。例えば、シャッター較正ロジック１７５は、コントローラ１０５によって実行されるファームウェア命令を含むことができる。
【００１０】
図２Ａは、本発明の例示的な１実施形態によるイメージングセンサ１５０に関連するベイヤーパターン（Bayer pattern）の一部の図である。図２Ａ及び図２Ｂに示す特定の例示的な実施形態では、イメージングセンサ１５０は電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージングセンサアレイを含む。他の実施形態では、イメージングセンサ１５０は何らかの他の技術（例えばＣＭＯＳ）に基づくものとすることができる。図２Ａに示すように、イメージングセンサ１５０は複数のフィールド２０５を有することができる。他の実施形態では、イメージングセンサ１５０はフィールド２０５を１つだけ有することができる。本発明の原理に基づくイメージングセンサ１５０は一般に１つ又は複数のフィールドを有し得る。「フィールド」を、イメージングセンサ１５０から１単位として読み出すことのできる一組の光センサの行として定義することができる。複数のフィールドがまとまって画像「フレーム」を構成する。図２Ａに示す例では、イメージングセンサ１５０は、それぞれ「１」、「２」、及び「３」として表記される３つの別個のフィールド２０５を有する。図２Ａ中の「Ｒ」、「Ｇ」、及び「Ｂ」の文字はそれぞれ、赤、緑、及び青のカラーチャネルを表す。フィルタ（図２Ａには図示せず）の使用により、各センサ素子（「画素」）２１０が３色のうち特定の１色に対して高い感度を持つようにする。
【００１１】
これまで（従来技術）のデジタルカメラのＣＣＤセンサアレイは通常、以下のように動作する。ＣＣＤセンサアレイの全てのフィールドが所定期間、同時に露光される。露光が終わると、ＣＣＤセンサアレイの１つのフィールドが、光学的に遮蔽されたシフトレジスタ（「垂直シフトレジスタ」と呼ばれることもある）に転送される。次に、シフトレジスタのフィールドが素子からクロックに同期して読み出され、ＣＣＤセンサアレイ外部のメモリに格納される。このプロセスは、ＣＣＤセンサアレイから全てのフィールドが読み出されるまで、ＣＣＤセンサアレイの残りのフィールドの各々について繰り返される。全フィールドをシフトレジスタに転送するために必要な時間は通常、非常に短い（例えば数マイクロ秒程度）。しかし、シフトレジスタからデータをクロックに同期して読み出すために必要な時間は通常、全露光時間よりも遥かに長い。例えば、露光は１〜１０ｍｓ程度であるが、１つのフィールドに関連する画像データをシフトレジスタから読み出すための時間は１００ｍｓもの長さである場合がある。
【００１２】
図２Ｂは、本発明の例示的な１実施形態によるイメージングセンサ１５０の一部の図である。図２Ｂに示すように、特定のフィールド（イメージングセンサ１５０のＮ個のフィールドのうちのいずれか１つ、ただしＮは１以上の整数）からの画素２１０が、光学的に遮蔽されたシフトレジスタ（「シフトレジスタ」）２１５に転送される。シフトレジスタ２１５は実質的に、イメージングセンサ１５０の１つのフィールド全体を、別のフィールド２０５（又は同一フィールド２０５の別の露光）がシフトレジスタ２１５にロードされるまで格納することができる付加的な１フィールドのメモリとして動作することができる。イメージングセンサ１５０のこの側面を図３に示すように利用することができる。
【００１３】
図３は、本発明の例示的な１実施形態による、イメージングセンサ１５０の１つのフィールド２０５の１回目の露光及び２回目の露光を示す図である。シャッター１４０は、全露光期間３０５の間、開けておくことができ、その間に、２回の別個の露光（以下、それぞれを「番号１の露光」及び「番号２の露光」という。尚、ここでの「露光」とは「露光された状態」ということもできる）を１つのフィールド２０５（このフィールドを、図２Ａに示す３つのフィールド２０５のうちのフィールド１であると想定するが、これは例示であって一般性を喪失させるものではない）から取り込むことができる。これは、図２Ｂに関して述べた技法又は同等の技法（すなわち、全露光期間３０５中に１つのフィールド２０５を露光し複数回読み出すことが可能な任意の技法）を用いて達成することができる。図３に示すように、番号２の露光は番号１の露光の直後に行われてもよい。番号１の露光は、シャッター較正ロジック１７５によって高精度で電子的にタイミング調整することができるため、既知の持続時間３１０を有する。番号２の露光は、シャッター１４０が閉じるときに終了するため、その正確な持続時間（３１５）は未知である。しかし、以下で説明するように、番号２の露光の持続時間３１５は計算により求めることができる。
【００１４】
イメージングセンサ１５０に他のフィールドがある場合、それらのフィールドを、図３に示すように、全露光期間３０５の間中露光することができる。イメージングセンサ１５０がＣＣＤセンサアレイである場合、そのセンサ素子は、番号１の露光がシフトレジスタ２１５に転送されると自動的にリセット（内容が消去）される。他の実施形態における他のタイプのイメージングセンサ１５０では、番号１の露光を非破壊的に読み出すことが可能である。すなわち、番号２の露光を番号１の露光に対して加法的とすることができ、その場合、番号２の露光は、対象とするフィールドを全露光期間３０５にわたって露光した後で、そのフィールドの最終的なデジタル画像データから番号１の露光を減算することによって得ることができる。
【００１５】
図４Ａは、本発明の例示的な１実施形態による、デジタル撮像装置１００のシャッター１４０を較正する方法のフロー図である。図４Ａの方法は、シャッター較正ロジック１７５によって、デジタル撮像装置１００の他の要素（例えばコントローラ１０５及びシャッター較正制御部１２５）と協働して行うことができる。ステップ４０５において、シャッター１４０を開けることができ、その際（またはその後）、イメージングセンサ１５０をリセット（内容を消去）することができる。ステップ４１０において、シャッター較正ロジック１７５が、電子制御により番号１の露光を終了させ、番号１の露光を（例えば、イメージングセンサ１５０がＣＣＤセンサアレイである場合、一時的にシフトレジスタ２１５に、そして最終的にはメモリ１２０に）保存することができる。シャッター較正ロジック１７５は、ステップ４１５において同一フィールド２０５の２回目の露光（番号２の露光）を開始することができる。ステップ４２０において、シャッター１４０を閉じることができ、シャッター較正ロジック１７５は番号２の露光をメモリ１２０に保存することができる。ステップ４２５において、シャッター較正ロジック１７５は、番号１の露光と番号２の露光の特性を比較して全露光期間３０５の精度を測定することができる。この比較を行うことができる方法についてのさらなる詳細は図４Ｂに関して説明する。図４Ａのプロセスはステップ４３０において終了することができる。
【００１６】
図４Ｂは、本発明の例示的な１実施形態による、１つのフィールド２０５の２回の露光（番号１の露光及び番号２の露光）の特性を比較して全露光期間３０５の精度を測定する方法のフロー図である。ステップ４３５において、シャッター較正ロジック１７５は、番号１の露光及び番号２の露光の各々における画素値を累積して、比較することのできる各露光の合計（特性）を得ることができる。例えば、シャッター較正ロジック１７５は、各露光における全ての画素又は各露光における特定のカラーチャネル（例えば緑）の全ての画素の輝度を累積することができる。オプションとして、シャッター較正ロジック１７５は、各累積から、あらゆるクリッピングされている画素を除外することができる。番号１の露光と番号２の露光の間における移動の可能性を考慮して、クリッピングされている画素に近接する画素も除外することができる。また、シャッター較正ロジック１７５は、各累積を累積された画素数に従って正規化して、例えば平均輝度又は平均緑レベルを計算することができる。
【００１７】
厳密な（正規化された又は正規化されていない）性能指数が何であれ、番号１の露光の累積された画素値（以下、累積画素値）をＡ１とし、番号２の露光の累積画素値をＡ２とする。また、番号１の露光の既知の持続時間（３１０）及び番号２の露光の未知の持続時間（３１５）をそれぞれＴ１及びＴ２とする。イメージングセンサ１５０のセンサ素子２１０が充電される速度は一定であるため、Ａ１／Ｔ１＝Ａ２／Ｔ２である。未知のＴ２について解くと、Ｔ２＝Ｔ１（Ａ２／Ａ１）が得られる。したがって、２回の露光における累積画素値の比及び番号１の露光の既知の持続時間３１０が与えられれば、番号２の露光の実際の持続時間３１５を計算することができる。
【００１８】
ステップ４４０において、シャッター較正ロジック１７５は、番号１の露光及び番号２の露光からの累積画素値の比（例えばＡ２／Ａ１）を計算することができる。この結果を用いて、シャッター較正ロジック１７５は、ステップ４４５において、番号２の露光の持続時間３１５を求めることができる。ステップ４５０において、シャッター較正ロジック１７５は、番号１の露光の既知の持続時間３１０と番号２の露光の計算された持続時間３１５を合計して全露光期間３０５を測定（または評価）することができる。ステップ４５５において、シャッター較正ロジック１７５は、所望の（期待）露光期間（すなわち、ユーザが選択した推定露光時間）と測定された全露光期間３０５の差を計算することができる。ステップ４６０において、シャッター較正ロジック１７５は、シャッター較正制御部１２５のシャッター較正設定を自動調整してシャッター誤差を補償することができる。ステップ４６５において、プロセスは終了することができる。
【００１９】
図４Ｂは、番号１の露光と番号２の露光の特性を比較して全露光期間３０５の精度を測定することができる方法の一例を示すに過ぎない。他の実施形態では、選択される特性及び基礎となる計算の詳細は異なる場合があるが、このような変形はすべて、特許請求の範囲に記載された本発明の意図する範囲内にある。
【００２０】
番号１の露光と番号２の露光の相対的な持続時間（３１０及び３１５）を、特定の用途に応じて選択することができる。１実施形態では、番号１の露光の持続時間３１０は、所望の全露光期間の半分となるように選択される。ただし、２回の露光の持続時間（３１０と３１５）の間に設定された関係は必要ない。一般に、各露光（番号１の露光または番号２の露光）は、取り込んだ画像データがノイズで支配されることを防ぐために十分に長くなければならない。
【００２１】
デジタル撮像装置１００を用いて写真を撮影する際、デジタル撮像装置１００は、上述の技法を使用してシャッター１４０の頻繁な、さらには連続的な自動較正を行うことにより、特に露光時間が非常に短い場合に露光の精度を高めることができる。また、上記の技法を工場較正措置の一部として工場で用いることができる。
【００２２】
本発明によれば、単一の露光サイクル中にデジタル撮像装置の撮像センサの１つのフィールドから得られた２つの別個の露光の特性を比較することによって、デジタル撮像装置のシャッターを較正することができる。このようにしてシャッターを較正することにより、露光時間が非常に短い場合にもその精度を向上させることができる。
【００２３】
本発明の上記の説明は、例示及び説明の目的で提示したものである。この説明は、網羅的であることを意図したものではなく、すなわち、本発明を開示された形態そのものに限定することを意図したものではなく、上記教示に鑑みて他の修正形態及び変形形態が可能である。実施形態は、本発明の原理とその実際の応用を最も良く説明し、これにより当業者が、意図する特定の用途に適する様々な実施形態及び様々な変更形態で本発明を最も有効に利用することを可能にするために選択され記載したものである。添付の特許請求の範囲は、先行技術によって制限される範囲を除き、本発明の他の代替的な実施形態を含むように解釈されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】本発明の例示的な１実施形態によるデジタル撮像装置の機能ブロック図である。
【図１Ｂ】本発明の例示的な１実施形態による、図１Ａに示すデジタル撮像装置のイメージングモジュールの機能ブロック図である。
【図１Ｃ】本発明の例示的な１実施形態による、図１Ａに示すデジタル撮像装置のメモリの機能図である。
【図２Ａ】本発明の例示的な１実施形態による、イメージングセンサに関連するベイヤーパターンの一部の図である。
【図２Ｂ】本発明の例示的な１実施形態によるＣＣＤセンサアレイの一部の図である。
【図３】本発明の例示的な１実施形態による、イメージングセンサの１つのフィールドの１回目の露光及び２回目の露光を示す図である。
【図４Ａ】本発明の例示的な１実施形態による、デジタル撮像装置のシャッターを較正する方法のフロー図である。
【図４Ｂ】本発明の例示的な１実施形態による、１つのフィールドの２回の露光の特性を比較して全露光期間の精度を測定する方法のフロー図である。
【符号の説明】
【００２５】
１００  デジタル撮像装置（デジタルイメージング装置）
１０５  コントローラ
１１５  撮像モジュール
１２０  メモリ
１２５  シャッター較正制御
１３０  ディスプレイ
１３５  入力制御
１４０  シャッター
１５０  イメージングセンサ（撮像センサ）
【図１Ａ】
2006352880.tif 000003
【図１Ｂ】
2006352880.tif 000004
【図１Ｃ】
2006352880.tif 000005
【図２Ａ】
2006352880.tif 000006
【図２Ｂ】
2006352880.tif 000007
【図３】
2006352880.tif 000008
【図４Ａ】
2006352880.tif 000009
【図４Ｂ】
2006352880.tif 000010